ما هو التشفير الكمي؟

يشير التشفير الكمي إلى أنظمة التشفير التي تعتمد على التأثيرات الميكانيكية الكمومية وخصائصها لأداء مهام التشفير. هذا على عكس التشفير الكلاسيكي المستخدم في أجهزة الكمبيوتر الحديثة. من المتطلبات الأساسية للتشفير الكمومي استخدام الكمبيوتر الكمومي. لا يمكن تنفيذه باستخدام جهاز كمبيوتر قياسي.

QKD

المجال الرئيسي في التشفير الكمي هو QKD. QKD تعني توزيع مفتاح الكم. بدلاً من استخدام عملية تشفير كمومية كاملة ، يستخدم QKD تأثيرات كمية لتوزيع مفتاح تشفير كلاسيكي بشكل آمن. هذا يعني أنه لا يلزم تطوير سوى نظام اتصالات كمي آمن مثبت بدلاً من خوارزميات كمومية أكثر تعقيدًا. كما أنه يقلل من المتطلبات المادية ؛ من الناحية الفنية ، ستكون هناك حاجة فقط إلى بطاقة شبكة كمومية على جهاز كمبيوتر عادي بدلاً من جهاز كمبيوتر كمي كامل.

ميكانيكا الكم تفسح المجال بشكل معقول لتطوير أنظمة اتصالات كمومية آمنة. هناك طرق للتواصل مع قنوات الاتصال الكمومية لا يمكن لطرف ثالث غير مصرح له مراقبتها دون أن يكون هذا التطفل قابلاً للاكتشاف.

يمكن أيضًا تقليل أمان قناة الاتصال الكمومية إلى عدد قليل من المتطلبات الدنيا للغاية. أحد هذه الشروط هو أن يكون للطرفين الشرعيين طريقة ما للمصادقة مع بعضهما البعض. مطلب آخر هو ببساطة أن قوانين ميكانيكا الكم تنطبق.

تأتي القضية الرئيسية لـ QKD من صعوبة نقل المعلومات الكمية عبر مسافات كبيرة. يسمح البحث الحالي بمعدلات اتفاق مفتاح مناسبة على الألياف الضوئية بطول 550 كم. وراء هذه المسافة ، هناك حاجة إلى مكررات الكم لضمان عدم فقدان الإشارة في الضوضاء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن توجيه الاتصالات الكمومية عبر الإنترنت الكمي سيكون أمرًا صعبًا. تميل أنظمة الاختبار الحالية إلى أن تكون من نقطة إلى نقطة.

مجالات البحث الأخرى

يمكن استخدام التأثيرات الكمية في مجال الحوسبة الكمومية غير الموثوقة. هنا ، يمكن للطرفين التعاون دون الثقة ببعضهما البعض. يمكن تصميم النظام الكمي بحيث يمكن للطرفين إثبات أن الآخر كان يغش. ومع ذلك ، تعتمد هذه الأساليب أيضًا على التأثيرات غير الكمية مثل النسبية الخاصة.

البحث جار في مجالات أخرى ، مثل مطالبة المتلقي بالتواجد في مكان مادي معين حتى لو تواطأ خصمان. تحاول المخططات الأخرى إجبار المتلقين غير الأمناء على الحاجة إلى أن يكونوا صادقين من خلال تنفيذ متطلبات النظام الهائلة للقدرة على الاحتيال. أظهر الكثير من هذا النوع من العمل نقاط ضعف في تطبيقات الكم الحالية ، لكنه ترك الباب مفتوحًا للبحث في المستقبل في مجال صغير جدًا.

يتطلب الاتصال الكمي عدة أشياء لتكون آمنة حقًا. أولاً ، يجب أن تكون عمليات الإرسال الضوئية قادرة على إرسال فوتونات مفردة. تميل الأنظمة الحالية إلى استخدام الليزر الذي يرسل فوتونات متعددة. من الناحية النظرية ، يمكن للخصم اعتراض واحد من العديد من الفوتونات دون ترك أي أثر. ومع ذلك ، هناك أبحاث واعدة في تطوير مصادر فوتون واحدة.

ثانيًا ، تعاني كاشفات الفوتون من تصنيع اختلافات قائمة على التسامح ، والتي تفتح نافذة للمتنصت ليحقن نفسه في تيار الاتصال دون أن يتم اكتشافه. من المستحيل حل هذه المشكلة بشكل كامل دون تفاوتات صارمة بشكل لا نهائي ، وهو مطلب غير قابل للتطبيق.

خاتمة

يشير التشفير الكمي إلى التشفير الذي يستخدم تأثيرات ميكانيكا الكم. الحقل الأساسي الحالي هو توزيع المفتاح الكمي الذي يستخدم طرق الاتصال الكمومي لنقل مفاتيح التشفير الكلاسيكية. لا ينبغي الخلط بين التشفير الكمي والتشفير اللاحق الكمي.